1、第二讲两类动力学问题超重和失重第二讲两类动力学问题超重和失重第1页，共58页。第2页，共58页。一、单位制一、单位制1单位制：由单位制：由 单位和单位和 单位一起组成了单位制单位一起组成了单位制(1)基本单位：基本物理量的单位力学中的基本量有三个，它们基本单位：基本物理量的单位力学中的基本量有三个，它们是是；它们的国际单位分别是；它们的国际单位分别是(2)导出单位：由导出单位：由 量根据物理关系推导出来的其他物理量的量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位单位基本基本导出导出长度、时间、质量长度、时间、质量米、秒、千克米、秒、千克基本基本第3页，共58页。2国际单位制中的基本物理量和基本单位国
2、际单位制中的基本物理量和基本单位物理量名称物理量名称物理量符号物理量符号单位名称单位名称单位符号单位符号长度长度l质量质量m时间时间t电流电流I安安(培培)热力学温度热力学温度T开开(尔文尔文)K物质的量物质的量n摩摩(尔尔)mol发光强度发光强度I坎坎(德拉德拉)cd米米m千克千克kg秒秒sA第4页，共58页。二、动力学的两类基本问题二、动力学的两类基本问题1已知受力情况求运动情况已知受力情况求运动情况根据牛顿第二定律，已知物体的根据牛顿第二定律，已知物体的 ，可以求出物体的加，可以求出物体的加速 度；再 知 道 物 体 的 初 始 条 件速 度；再 知 道 物 体 的 初 始 条 件(初
3、位 置 和 初 速 度初 位 置 和 初 速 度)，根 据，根 据 ，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求出了物体的运动情况出了物体的运动情况2已知物体的运动情况，求物体的受力情况已知物体的运动情况，求物体的受力情况根据物体的运动情况，由根据物体的运动情况，由 可以求出加速度，再根据可以求出加速度，再根据 可确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关可确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等受力情况受力情况运动学公式运动学公式运动学公式运动学公式牛
4、顿第二定律牛顿第二定律第5页，共58页。三、超重和失重三、超重和失重1超重超重(1)定义：物体对支持物的压力定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)物体物体所受重力的情况所受重力的情况(2)产生条件：物体具有产生条件：物体具有 的加速度的加速度2失重失重(1)定义：物体对支持物的压力定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)物体物体所受重力的情况所受重力的情况(2)产生条件：物体具有产生条件：物体具有 的加速度的加速度大于大于向上向上小于小于向下向下第6页，共58页。3完全失重完全失重(1)定义：物体对水平支持物的压力定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直
5、悬挂物的拉力或对竖直悬挂物的拉力)的情况称为完全失重现象的情况称为完全失重现象(2)产生条件：物体的加速度产生条件：物体的加速度ag.等于零等于零第7页，共58页。第8页，共58页。一、对超重和失重的进一步理解一、对超重和失重的进一步理解1不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是“视重视重”改改变变2物体处于超重状态还是失重状态取决于加速度的方向，与速度物体处于超重状态还是失重状态取决于加速度的方向，与速度的大小和方向没有关系，下表列出了加速度方向与物体所处状态的关系的大小和方向没有关系，下表列出了加速度方向与物体所处状态的关系.运动情况运动
6、情况超重、失重超重、失重视重视重a0不超重、不失重不超重、不失重Fmga的方向竖直向上的方向竖直向上超重超重Fm(ga)a的方向竖直向下的方向竖直向下失重失重Fm(ga)ag完全失重完全失重F0第9页，共58页。3.物体处于超重或失重时的运动情况物体处于超重或失重时的运动情况(1)超重时，物体向上加速或向下减速；超重时，物体向上加速或向下减速；(2)失重时，物体向下加速或向上减速失重时，物体向下加速或向上减速4物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于的，其大小等于ma.(1)物体超重或失重时，加速度方向不一定沿竖
7、直方向，只要加速物体超重或失重时，加速度方向不一定沿竖直方向，只要加速度有竖直向上的分量就是超重，加速度有竖直向下的分量就是失重度有竖直向上的分量就是超重，加速度有竖直向下的分量就是失重(2)物体超重或失重时，加速度的大小不一定是恒定的物体超重或失重时，加速度的大小不一定是恒定的第10页，共58页。二、解答两类动力学问题的基本方法及步骤二、解答两类动力学问题的基本方法及步骤1分析流程图分析流程图第11页，共58页。2应用牛顿第二定律的解题步骤应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体物体(2)分析
8、物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明确物体分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程的运动性质和运动过程(3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向加速度方向为某一坐标轴的正方向(4)求合外力求合外力F.(5)根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律Fma列方程求解，必要时还要对结果进行列方程求解，必要时还要对结果进行讨论讨论第12页，共58页。(1)牛顿第二定律牛顿第二定律Fma在确定在确定a与与m、F的数量关系的同时，也确的数量关系的同时，也确定了三个量间的单
9、位关系及定了三个量间的单位关系及a及及F间的方向关系间的方向关系(2)应用牛顿第二定律求应用牛顿第二定律求a时，可以先求时，可以先求F，再求，再求a，或先求各个力的，或先求各个力的加速度，再合成求出合加速度加速度，再合成求出合加速度第13页，共58页。1.关于力学单位制说法中正确的是关于力学单位制说法中正确的是()Akg、m/s、N是导出单位是导出单位Bkg、m、J是基本单位是基本单位C在国际单位制中，质量的基本单位是在国际单位制中，质量的基本单位是kg，也可以是，也可以是gD只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是Fma解析：解析：在力学单位制
10、中，在力学单位制中，kg、m、s为基本单位，为基本单位，m/s、J和和N均为均为导出单位，导出单位，A、B均不正确；均不正确；g不是国际单位的基本单位，不是国际单位的基本单位，C不正确；只不正确；只有在国际单位制中，有在国际单位制中，Fkma中的中的k才为才为“1”，牛顿第二定律的表达式才是，牛顿第二定律的表达式才是Fma，故只有，故只有D正确正确答案：答案：D第14页，共58页。2.2010年中国跳水明星系列赛合肥站比赛中，何冲在男子年中国跳水明星系列赛合肥站比赛中，何冲在男子3米跳板米跳板决赛中获得第一名如右图所示何冲正在完成高难度的空中动作，下列决赛中获得第一名如右图所示何冲正在完成高难
11、度的空中动作，下列分析正确的是分析正确的是()A何冲正处于完全失重状态何冲正处于完全失重状态B何冲此时不受重力作用何冲此时不受重力作用C从裁判的角度，何冲不能被视为质点从裁判的角度，何冲不能被视为质点D从观众的角度，何冲可以被视为质点从观众的角度，何冲可以被视为质点答案：答案：AC第15页，共58页。3.(2010浙江理综浙江理综)如图所示，如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛初速度上抛(不计空气阻力不计空气阻力)下列说法正确的是下列说法正确的是()A在上升和下降过程中在上升和下降过程中A对对B的压力一定为零的压力一定为零B上升过程中上升过程中A对对B
12、的压力大于的压力大于A物体受到的重力物体受到的重力C下降过程中下降过程中A对对B的压力大于的压力大于A物体受到的重力物体受到的重力D在上升和下降过程中在上升和下降过程中A对对B的压力等于的压力等于A物体受到的重力物体受到的重力解析：解析：对于对于A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，全失重状态，不论上升还是下降过程，A对对B均无压力，只有均无压力，只有A项正确项正确答案：答案：A第16页，共58页。4我国道路安全部门规定，在高速公路上行驶的汽车最大速度为我国道路安全部门规定，在高速公路上行驶的汽车最大速度为120
13、 km/h，交通部门提供下列资料：，交通部门提供下列资料：资料一：驾驶员的反应时间：资料一：驾驶员的反应时间：0.30.6 s资料二：各种路面与轮胎之间的动摩擦因数资料二：各种路面与轮胎之间的动摩擦因数根据以上资料，通过计算判断汽车行驶在高速公路上两车间的安根据以上资料，通过计算判断汽车行驶在高速公路上两车间的安全距离最接近全距离最接近()A100 mB200 mC300 m D400 m路面路面动摩擦因数动摩擦因数干沥青干沥青0.7干磁石干磁石0.60.7湿沥青湿沥青0.320.4第17页，共58页。解析：解析：当驾驶员的反应时间最长、路面的摩擦因数最小时对应当驾驶员的反应时间最长、路面的摩
14、擦因数最小时对应的最长距离是安全距离的最长距离是安全距离v120 km/h33.3 m/s，反应时间，反应时间t0.6 s内位内位移移x1约为约为20 m；又；又mgma、a3.2 m/s2，x2v2/2a173 m；xx1x2193 m.答案：答案：B第18页，共58页。5.如图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后如图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接下图中接下图中v、a、Ff和和x分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大分别表示物
15、体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程其中正确的是小和路程其中正确的是()第19页，共58页。解析：解析：物体在斜面上受重力、支持力、摩擦力作用，其摩擦力物体在斜面上受重力、支持力、摩擦力作用，其摩擦力大小为大小为Ff1mgcos，做初速度为零的匀加速直线运动，其，做初速度为零的匀加速直线运动，其vt图象为图象为过原点的倾斜直线，过原点的倾斜直线，A错，加速度大小不变，错，加速度大小不变，B错，其错，其xt图象应为一段图象应为一段曲线，曲线，D错；物体到达水平面后，所受摩擦力错；物体到达水平面后，所受摩擦力Ff2mgFf1，做匀减速，做匀减速直线运动，所以正确选项为直线运动，所以正确选项为C
16、.答案：答案：C第20页，共58页。6如图所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切如图所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于于M点，与竖直墙壁相切于点，与竖直墙壁相切于A点，竖直墙壁上另一点点，竖直墙壁上另一点B与与M的连线和水平的连线和水平面的夹角为面的夹角为60，C是圆环轨道的圆心已知在同一时刻，是圆环轨道的圆心已知在同一时刻，a、b两球分别两球分别由由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、BM运动到运动到M点；点；c球由球由C点自由下落到点自由下落到M点则点则()第21页，共58页。Aa球最先到达球最先到达M点点Bb球最先到达球最
17、先到达M点点Cc球最先到达球最先到达M点点 Db球和球和c球都可能最先到达球都可能最先到达M点点答案：答案：C第22页，共58页。第23页，共58页。一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图所一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图所示，则示，则()第24页，共58页。At3时刻火箭距地面最远时刻火箭距地面最远Bt2t3的时间内，火箭在向下降落的时间内，火箭在向下降落Ct1t2的时间内，火箭处于失重状态的时间内，火箭处于失重状态D0t3的时间内，火箭始终处于失重状态的时间内，火箭始终处于失重状态解析：解析：由速度图象可知，在由速度图象可知，在0t3内速度始终大于零，
18、表明这段内速度始终大于零，表明这段时间内火箭一直在上升，时间内火箭一直在上升，t3时刻速度为零，停止上升，高度达到最高，时刻速度为零，停止上升，高度达到最高，离地面最远，离地面最远，A正确，正确，B错误错误t1t2的时间内，火箭在加速上升，具有的时间内，火箭在加速上升，具有向上的加速度，火箭应处于超重状态，而在向上的加速度，火箭应处于超重状态，而在t2t3时间内火箭在减速上升，时间内火箭在减速上升，具有向下的加速度，火箭处于失重状态，故具有向下的加速度，火箭处于失重状态，故C、D错误错误答案：答案：A第25页，共58页。11：(2011北京模拟北京模拟)几位同学为了探究电梯启动和制动时的加速几
19、位同学为了探究电梯启动和制动时的加速度大小，他们将体重计放在电梯中一位同学站在体重计上，然后乘坐度大小，他们将体重计放在电梯中一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从电梯从1层直接到层直接到10层，之后又从层，之后又从10层直接回到层直接回到1层并用照相机进行了层并用照相机进行了相关记录，如图所示他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确相关记录，如图所示他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是的是()第26页，共58页。A根据图根据图2和图和图3可估测出电梯向上起动时的加速度可估测出电梯向上起动时的加速度B根据图根据图1和图和图2可估测出电梯向上制动时的加速度可估测出电梯向上制动时的加速度
20、C根据图根据图1和图和图5可估测出电梯向下制动时的加速度可估测出电梯向下制动时的加速度D根据图根据图4和图和图5可估测出电梯向下起动时的加速度可估测出电梯向下起动时的加速度解析：解析：由图由图1可知该同学的体重约为可知该同学的体重约为47 kg，根据图，根据图1、图、图2可估算可估算出电梯向上启动时的加速度，根据图出电梯向上启动时的加速度，根据图1、图、图5可估算出电梯向下制动时的可估算出电梯向下制动时的加速度，而根据图加速度，而根据图2与图与图3和图和图4与图与图5无法估算加速度无法估算加速度答案：答案：C第27页，共58页。(20分分)如图如图1所示，质量为所示，质量为m的物块叠放在质量为
21、的物块叠放在质量为2m的足够长的木的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为数为0.2.在木板上施加一水平向右的拉力在木板上施加一水平向右的拉力F，在，在03 s内内F的变化如图的变化如图2所示，图中所示，图中F以以mg为单位，重力加速度为单位，重力加速度g10 m/s2.整个系统开始时静整个系统开始时静止止(1)求求1 s、1.5 s、2 s、3 s末木板的速度以及末木板的速度以及2 s、3 s末物块的速度；末物块的速度；(2)在同一坐标系中画出在同一坐标系中画出03 s内木板和物块的内木板和物
22、块的vt图象，据此求图象，据此求03 s内物块相对于木板滑过的距离内物块相对于木板滑过的距离第28页，共58页。【规范解答】【规范解答】解：解：(1)设木板和物块的加速度分别为设木板和物块的加速度分别为a和和a，在，在t时时刻木板和物块的速度分别为刻木板和物块的速度分别为vt和和vt，木板和物块之间摩擦力的大小为，木板和物块之间摩擦力的大小为Ff.依牛顿第二定律，运动学公式得依牛顿第二定律，运动学公式得Ffma(1分分)Ffmg(1分分)当当vtF2F3F4CF1F2F4F3 DF1F3F2v1时，物体先做匀减速运动，然后随传送带时，物体先做匀减速运动，然后随传送带一起以一起以v1做匀速运动做
23、匀速运动(3)当当v1和和v2同向且同向且v1v2时，物体先做匀加速运动，然后随传送带时，物体先做匀加速运动，然后随传送带一起以一起以v1做匀速运动做匀速运动第53页，共58页。二、倾斜放置的传送带二、倾斜放置的传送带如图所示，传送带与地面倾角如图所示，传送带与地面倾角37，从，从AB长度为长度为16 m，传送，传送带以带以10 m/s的速率逆时针转动在传送带上端的速率逆时针转动在传送带上端A无初速度地放一个质量为无初速度地放一个质量为0.5 kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.求物体从求物体从A运动到运动到B所所需时间是多少？需时间是多少？(s
24、in 370.6，cos 370.8)第54页，共58页。【思路分析】【思路分析】物体的运动分为两个过程：第一个过程是物体速物体的运动分为两个过程：第一个过程是物体速度等于传送带速度之前，物体做匀加速直线运动；第二个过程是物体速度等于传送带速度之前，物体做匀加速直线运动；第二个过程是物体速度等于传送带速度以后的运动情况其中速度刚好相同时的点是一个转度等于传送带速度以后的运动情况其中速度刚好相同时的点是一个转折点，此后的运动情况要看折点，此后的运动情况要看mgsin 与所受的最大静摩擦力若与所受的最大静摩擦力若tan，则继续向下加速；若则继续向下加速；若tan，则将随传送带一起匀速运动分析清楚了
25、，则将随传送带一起匀速运动分析清楚了受力情况与运动情况，再利用相应规律求解即可受力情况与运动情况，再利用相应规律求解即可甲甲第55页，共58页。解析：解析：物体放在传送带上后，开始阶段，由于传送带的速度大物体放在传送带上后，开始阶段，由于传送带的速度大于物体的速度，传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力于物体的速度，传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力F，物体受，物体受力情况如图甲所示物体由静止加速，由牛顿第二定律得力情况如图甲所示物体由静止加速，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma1a110(0.60.50.8)m/s210 m/s2.物体加速至与传送带速度相等需要的时间物体加速至与传送带速度相等需要的时间第56页，共58页。答案：答案：2 s 从本题中可以总结出，皮带传送物体所受摩擦力可能发生从本题中可以总结出，皮带传送物体所受摩擦力可能发生突变，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度突变，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度刚好相等的时刻与传送带速度刚好相等的时刻 乙图乙图第57页，共58页。练规范、练技能、练速度第58页，共58页。
